巧用實(shí)驗(yàn)計(jì)算提高教學(xué)效能

■郝蓉燕

巧用實(shí)驗(yàn)計(jì)算提高教學(xué)效能

■郝蓉燕

教師以實(shí)驗(yàn)探究方式引入對(duì)某一問(wèn)題的解決，再將題型由探究題轉(zhuǎn)換為抽象的計(jì)算題，并逐步改變問(wèn)題或條件，與其他章節(jié)知識(shí)結(jié)合，逐步加深難度，能夠讓學(xué)生感性地、漸進(jìn)式地掌握探究的方法以及一系列類(lèi)似計(jì)算題的解法。

實(shí)驗(yàn)計(jì)算效能

當(dāng)前，學(xué)生對(duì)化學(xué)計(jì)算題發(fā)怵，首先計(jì)算題相對(duì)于豐富多彩的化學(xué)世界來(lái)說(shuō)顯得單調(diào)枯燥，難以引起學(xué)生的興趣；其次一道計(jì)算題往往包含題意的正確理解、隱含知識(shí)點(diǎn)的正確剖析、化學(xué)方程式的正確書(shū)寫(xiě)、數(shù)學(xué)計(jì)算的能力以及細(xì)心等諸多因素，綜合性較強(qiáng)，因此對(duì)學(xué)生的要求較高。如何讓學(xué)生愛(ài)做計(jì)算題、做好計(jì)算題，成了教師需要思考的問(wèn)題。

我們可以將實(shí)驗(yàn)探究思想滲透到計(jì)算題的教學(xué)中，從身邊的化學(xué)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，讓學(xué)生用探究的方法解決，然后將此實(shí)驗(yàn)探究題涉及的知識(shí)點(diǎn)改編為計(jì)算題。學(xué)生已經(jīng)親手做過(guò)實(shí)驗(yàn)，親身體驗(yàn)過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，解決計(jì)算題時(shí)對(duì)題意的理解就能非常準(zhǔn)確，對(duì)列式中可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤也能避免。接著我們通過(guò)改變題目中的問(wèn)題或已知條件的給出方式來(lái)逐漸加深題目的難度，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、比較異同，逐步解決問(wèn)題。這樣的教學(xué)方法使學(xué)生能夠從以往的被動(dòng)接受知識(shí)、簡(jiǎn)單記憶中走出來(lái)，變?yōu)榉e極主動(dòng)地去尋找相似點(diǎn)、相通點(diǎn)解決問(wèn)題，解題能力將得到了極大的提高。

一、探究實(shí)驗(yàn)引入

下面以銅鋅合金與酸反應(yīng)的一類(lèi)計(jì)算題型為例：

【提出問(wèn)題】

“藥金”又稱(chēng)“愚人金”，實(shí)為銅鋅合金。由于“藥金”外觀與黃金相似，常被不法商販用來(lái)冒充黃金牟取暴利。怎樣甄別它？

【學(xué)生進(jìn)行討論并設(shè)計(jì)鑒別方案】

指導(dǎo)思想：利用“藥金”中的成分銅或者鋅與金的不同點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分。

設(shè)計(jì)原理：利用銅在空氣中加熱變成黑色的氧化銅，而金加熱不變色加以區(qū)分；或利用鋅能與稀鹽酸（或稀硫酸）反應(yīng)產(chǎn)生氣體而金不與稀鹽酸（或稀硫酸）反應(yīng)加以區(qū)分。

【學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、得出結(jié)論】

通過(guò)這樣一個(gè)探究過(guò)程，學(xué)生不僅復(fù)習(xí)了原有的知識(shí)，而且能夠靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，還掌握了一整套解決問(wèn)題的探究手法。

二、巧用計(jì)算

這個(gè)問(wèn)題的解決并非到此結(jié)束，此時(shí)教師可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)改編，引申出下面一條常見(jiàn)的計(jì)算題。

例1：某化學(xué)興趣小組稱(chēng)取10g“藥金”（銅鋅合金）于燒杯中，加入100g稀硫酸，充分反應(yīng)后測(cè)得產(chǎn)生的氫氣的質(zhì)量為0.2g，求合金中鋅的質(zhì)量。

[分析]該題條件比較明確，什么樣的物質(zhì)以及對(duì)應(yīng)的量都清楚給出，學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上能迅速理解。但教師講解時(shí)要讓學(xué)生明確：第一，銅鋅合金的10g是合金的總質(zhì)量，方程式中的Zn指的是參加反應(yīng)的鋅的質(zhì)量，銅未參加反應(yīng)，因此不能將10g代入方程式求解；第二，稀硫酸的100g是溶液的質(zhì)量，既包括溶質(zhì)硫酸的質(zhì)量也包括溶劑水的質(zhì)量，方程式中H2SO4指的是參加反應(yīng)的溶質(zhì)硫酸的質(zhì)量，因此不能將100g代入方程式求解。兩點(diǎn)綜合起來(lái)最終讓學(xué)生明確：不能將混合物的質(zhì)量直接代入方程式中求解。

學(xué)生明確了注意點(diǎn)并順利解決了例1后，教師可趁熱打鐵，將問(wèn)題進(jìn)行延伸，逐層加大難度，如改變?yōu)椋?/p>

（1）求“藥金”中銅的質(zhì)量；（2）求“藥金”中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；（3）求“藥金”中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

由于例1已知條件的明確給出，問(wèn)題的改變并沒(méi)有加大題目的難度，當(dāng)學(xué)生為問(wèn)題的解決而逐一沉浸在喜悅中時(shí)，教師可以向?qū)W生展示例2和例3。

例2：某化學(xué)興趣小組稱(chēng)取10g“藥金”于燒杯中，加入100g稀硫酸充分反應(yīng)后，稱(chēng)得總質(zhì)量減少了0.2g，求生成氫氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下氫氣的密度為0.089g/L）。

例3：某化學(xué)興趣小組稱(chēng)取10g“藥金”于燒杯中，加入100g稀硫酸充分反應(yīng)后，稱(chēng)得燒杯內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量為109.8g，求合金中銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

[分析]分析此兩例，發(fā)現(xiàn)與例1最大的區(qū)別為：將例1中生成的氫氣的質(zhì)量為0.2g這一明確條件轉(zhuǎn)變角度，用溶液質(zhì)量的減輕和反應(yīng)后各物質(zhì)總質(zhì)量的數(shù)值這種隱含的方式給出，由于學(xué)生已做過(guò)探究活動(dòng)，可以很快分析出總質(zhì)量之所以會(huì)減輕就是由于產(chǎn)生的氫氣從整個(gè)體系中逸出，因此例2中減輕的0.2g即為氫氣的質(zhì)量，例3中反應(yīng)后總質(zhì)量比反應(yīng)前總質(zhì)量（合金的質(zhì)量10g+硫酸溶液的質(zhì)量100g=110g）減少了0.2g（110g-109.8g=0.2g），這就是氫氣的質(zhì)量。這一點(diǎn)明確以后，問(wèn)題就迎刃而解了。

三、逐層推進(jìn)，效能提升

以上例題的完成主要還是局限在金屬材料這一單元，此時(shí)可以通過(guò)條件與問(wèn)題的改變，與溶液這一單元聯(lián)系起來(lái)，拓展學(xué)生的思路，開(kāi)闊學(xué)生的眼界。具體見(jiàn)例4。

例4:某化學(xué)興趣小組稱(chēng)取10g“藥金”于燒杯中，加入100g稀硫酸充分反應(yīng)后，稱(chēng)得燒杯內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量為109.8g。求：（1）稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；（2）反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)；（3）過(guò)濾，將濾液恒溫蒸發(fā)掉6.2g水后，析出0.1g晶體（晶體不含結(jié)晶水），求所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

[分析]問(wèn)題（1）較簡(jiǎn)單，只要通過(guò)方程式求出參加反應(yīng)的硫酸的質(zhì)量再除以硫酸溶液的質(zhì)量即可。問(wèn)題（2）中必須向?qū)W生講明兩點(diǎn)：第一，反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)是什么，必須從方程式的右邊即生成物中去找；第二，反應(yīng)后溶液的質(zhì)量不能直接視為倒入的稀硫酸的質(zhì)量，而是發(fā)生了改變，到底怎樣改變，由于學(xué)生已進(jìn)行探究，可用圖示法形象給出（見(jiàn)圖1）。以質(zhì)量守恒定律為依據(jù)，反應(yīng)后溶液質(zhì)量應(yīng)等于所有原料質(zhì)量之和（合金質(zhì)量+稀硫酸質(zhì)量），但必須扣除：①不溶于溶液的雜質(zhì)質(zhì)量，即m雜（如燒杯中銅的質(zhì)量）；②從體系中逸出的氣體的質(zhì)量，即m氣（如氫氣的質(zhì)量）；③以沉淀形式從體系中析出的固體質(zhì)量，即m沉（此題未涉及），最終得到m溶液=（m固+m液）-（m雜+m氣+m沉），當(dāng)然生成溶液的質(zhì)量也可用溶質(zhì)質(zhì)量加溶劑質(zhì)量來(lái)求，但如果反應(yīng)前后有多種溶液參與，而水又作為反應(yīng)物或生成物之一，那么計(jì)算就會(huì)變得很繁瑣，不如此法來(lái)得簡(jiǎn)單直觀；第（3）問(wèn)為一個(gè)完全的溶液方面的題目，只要將溶質(zhì)減去0.1g晶體的質(zhì)量，溶液減去6.2g水和0.1g晶體質(zhì)量即可。

圖1

我們還可以將其改編為實(shí)驗(yàn)處理型的題目。這種題目往往為了解決某一問(wèn)題，設(shè)計(jì)一定的實(shí)驗(yàn)方案，給出圖表，考查學(xué)生分析處理圖形表格中的數(shù)據(jù)并最終解決問(wèn)題的能力。對(duì)學(xué)生的各方面能力要求較高。如例5、例6。

例5：為了測(cè)定銅鋅合金（即銅鋅混合物）中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某同學(xué)利用該合金與稀硫酸反應(yīng)，進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn)，所得相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下（實(shí)驗(yàn)中的誤差忽略不計(jì)）：

第三次50 100 0.4所取合金的質(zhì)量/g所用稀硫酸的質(zhì)量/g生成氫氣的質(zhì)量/g第一次25 120 0.4第二次25 160 0.4

（1）計(jì)算該銅鋅合金中鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；

（2）從上表數(shù)據(jù)分析，當(dāng)所取合金與所用稀硫酸的質(zhì)量比為_(kāi)____時(shí)，表明合金中的鋅與稀硫酸中的硫酸恰好完全反應(yīng)。

[分析]本題是一道利用所取原料質(zhì)量的改變，比較生成物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)確定原料最合適的質(zhì)量比的實(shí)驗(yàn)型計(jì)算題。關(guān)鍵要著眼于化學(xué)方程式中參加反應(yīng)的各物質(zhì)以及生成的各物質(zhì)的質(zhì)量成正比例關(guān)系，通過(guò)比較各組中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：第一次與第二次所取合金質(zhì)量相同，第二次所用稀硫酸的質(zhì)量比第一次多，但生成的氫氣的質(zhì)量卻相等，由此說(shuō)明第二次所用稀硫酸是過(guò)量的，合金是完全反應(yīng)的，即25g合金完全反應(yīng)掉會(huì)生成0.4g氫氣；第三次所取的合金的質(zhì)量為前兩次的兩倍，但產(chǎn)生的氫氣卻與前兩次一樣多，說(shuō)明第三次所取合金為過(guò)量，而酸是完全反應(yīng)的，即100g稀硫酸完全反應(yīng)掉生成0.4g氫氣，因此，生成0.4g氫氣需要25g合金和100g稀硫酸，即25g合金與100g稀硫酸是恰好完全反應(yīng)的，并且生成0.4g氫氣。

例6：某同學(xué)利用日常生活用品制作了一套裝置（見(jiàn)圖2），用該裝置對(duì)粗鋅樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)幫助其完成下列實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

圖2

（二）實(shí)驗(yàn)用品：托盤(pán)天平、藥水瓶、銅網(wǎng)、銅絲、飲料瓶、粗鋅、稀鹽酸、堿石灰（CaO和NaOH）

（三）實(shí)驗(yàn)步驟：

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟①稱(chēng)量10.0g粗鋅放在銅網(wǎng)中，按圖示稱(chēng)得裝置和藥品總質(zhì)量為120.0g②將銅網(wǎng)插入稀鹽酸中充分反應(yīng)③反應(yīng)完全后，稱(chēng)得裝置總質(zhì)量為119.8g實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象結(jié)論（或化學(xué)方程式）發(fā)生的化學(xué)方程式：產(chǎn)生H2的質(zhì)量是g粗鋅的純度為

[分析]此題實(shí)際上是例3的另一種給出形式，將一道簡(jiǎn)單的計(jì)算題設(shè)計(jì)成了一道非常新穎的實(shí)驗(yàn)題，關(guān)鍵是要從繁雜的文字中找出考查的知識(shí)點(diǎn)所在。此題實(shí)際上是利用銅網(wǎng)不與酸反應(yīng)，而鋅與酸反應(yīng)，將銅網(wǎng)作為實(shí)驗(yàn)儀器將粗鋅包住，伸入酸中，讓鋅與酸反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣。氫氣逸出時(shí)須經(jīng)過(guò)堿石灰，其目的是將氫氣可能帶出的水蒸氣以及揮發(fā)的氯化氫氣體完全留在體系中，保證減少的是純凈氫氣質(zhì)量，減小誤差。

利用裝置總質(zhì)量在反應(yīng)前后的差值即氫氣的質(zhì)量（m氫氣=120.0g-119.8g=0.2g）計(jì)算鋅的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算粗鋅的純度。明白了題意，實(shí)際就簡(jiǎn)化為了例3，解法略。

通過(guò)探究式實(shí)驗(yàn)的引入，題型的轉(zhuǎn)換，難度的加深，學(xué)生能夠逐步掌握探究的方法以及一系列計(jì)算題的解法。

（作者為江蘇省江陰市暨陽(yáng)中學(xué)教師）